Vai trò tiềm năng của lớp vỏ đất sinh học trong các chu trình thủy văn ở vùng khô cằn

Hydrological Processes - Tập 20 Số 15 - Trang 3159-3178 - 2006
Jayne Belnap1
1US Geological Survey, Southwest Biological Science Center, Canyonlands Research Station, 2290 S. West Resource Blvd., Moab, UT 84532, USA

Tóm tắt

Tóm tắt

Các lớp vỏ đất sinh học (BSC) là lớp che phủ sống chủ yếu trong nhiều vùng khô cằn trên thế giới. Chúng có nhiều đặc điểm có thể ảnh hưởng đến các khía cạnh khác nhau của chu trình thủy văn địa phương, bao gồm độ rỗng của đất, khả năng hấp thụ, độ nhám, độ ổn định của tổ hợp hạt, kết cấu, sự hình thành lỗ, và khả năng giữ nước. Ảnh hưởng của các lớp vỏ đất sinh học đến những yếu tố này phụ thuộc vào cấu trúc nội tại và bên ngoài của chúng, thay đổi theo khí hậu, loại đất và lịch sử can thiệp. Bài báo này trình bày các loại lớp vỏ đất sinh học khác nhau, thảo luận về cách mà loại lớp vỏ có thể ảnh hưởng đến các khía cạnh khác nhau của chu trình thủy văn, và tổng hợp những gì được biết và chưa được biết về ảnh hưởng của các lớp vỏ sinh học đến sản xuất trầm tích và khả năng thấm nước so với dòng chảy trong các vùng khô cằn khác nhau trên thế giới. Hầu hết các nghiên cứu xem xét tác động của lớp vỏ đất sinh học đến thủy văn địa phương được thực hiện bằng cách so sánh các địa điểm không bị xáo trộn với những địa điểm gần đây bị xáo trộn bởi các nhà nghiên cứu. Thật không may, điều này làm phức tạp đáng kể việc giải thích kết quả. Những can thiệp áp dụng làm biến đổi nhiều đặc điểm của đất như kết cấu đất, độ nhám, độ ổn định của tổ hợp hạt, sự hình thành lớp vỏ vật lý, độ rỗng, và mật độ khối theo những cách có thể không giống nhau nếu lớp vỏ không tự nhiên hiện diện. Tổng hợp lại, những nghiên cứu này cho thấy ít có sự đồng thuận về cách mà các lớp vỏ sinh học ảnh hưởng đến khả năng thấm nước hay dòng chảy. Tuy nhiên, khi các nghiên cứu được phân tách theo loại lớp vỏ sinh học và sử dụng những khác biệt tự nhiên giữa các loại này, các kết quả cho thấy rằng các lớp vỏ sinh học trong các vùng cực khô làm giảm khả năng thấm và tăng dòng chảy, có tác động hỗn hợp trong các vùng khô cằn, và tăng khả năng thấm và giảm dòng chảy trong các vùng khô cằn mát và lạnh. Tuy nhiên, cần nhiều nghiên cứu hơn trước khi có thể đưa ra những khái quát rộng rãi về cách mà các lớp vỏ sinh học ảnh hưởng đến khả năng thấm và dòng chảy. Chúng ta cần đặc biệt các nghiên cứu kiểm soát các đặc điểm đất dưới bề mặt như mật độ khối, lỗ vi mô và vĩ mô, và cấu trúc lớp vỏ sinh học. Không giống như những tác động hỗn hợp của lớp vỏ sinh học lên khả năng thấm và dòng chảy giữa các vùng, hầu hết các nghiên cứu cho thấy rằng các lớp vỏ sinh học đều làm giảm sản xuất trầm tích, bất kể loại lớp vỏ hay loại vùng khô cằn.

Từ khóa


Tài liệu tham khảo

Abaturov BD, 1993, Alteration of small relief forms of the hydrophysical properties of heavy loam soils in the semidesert zone by grazing, Eurasian Soil Science, 25, 17

10.1097/00010694-196410000-00002

10.1007/978-3-642-56475-8

Belnap J, 2003, Biological Soil Crusts: Structure, Function, and Management, 167, 10.1007/978-3-642-56475-8

Belnap J, 2003, Biological Soil Crusts: Structure, Function, and Management, 241, 10.1007/978-3-642-56475-8

10.1007/978-3-642-56475-8

10.1007/978-3-642-56475-8

Belnap J, 1993, Soil microstructure in soils of the Colorado Plateau: the role of the cyanobacterium Microcoleus vaginatus, Great Basin Naturalist, 53, 40

10.1007/s00442-003-1438-6

10.1016/j.apsoil.2004.12.010

10.1890/03-0567

Beymer RJ, 1991, Potential contribution of carbon by microphytic crusts in pinyon‐juniper woodlands, Arid Soil Research and Rehabilitation, 5, 187

10.1016/0016-7061(93)90103-R

10.1029/WR011i006p00929

10.1016/B978-0-12-044950-7.50016-7

10.1007/s004420050426

10.1071/SR9640111

10.2307/1930007

10.1007/s00248-001-1013-9

Brady NC, 1996, The Nature and Properties of Soils

Brotherson JD, 1983, Influence of cryptogamic crusts on moisture relationships of soils in Navajo national monument, Arizona, Great Basin Naturalist, 43, 73

10.1007/978-3-642-56475-8_12

10.1007/BF00926826

Catcheside DG, 1980, Mosses of South Australia

10.1002/esp.3290140506

CrispMD.1975.Long term change in arid zone vegetation at Koonamore. PhD. dissertation Botany Department University of Adelaide South Australia Australia Unpublished.

10.1007/978-3-642-60975-6

10.1002/esp.3290160206

Danin A, 1982, Silt plus clay sedimentation and decalcification during plant succession in sands of the Mediterranean coastal plain of Israel, Israel Journal of Earth Sciences, 31, 101

10.1006/jare.1997.0326

Dekker LW, 1990, Water repellency in the dunes with special reference to the Netherlands dunes of the European coasts, Catena Supplement, 18, 173

10.1007/978-1-4613-0207-0_1

Dobrowolski JP, 1994, @ Effects of disturbance by tracked vehicles on wind and water erosion

Dulieu D, 1977, La dégradation des pâturages de la région N'Djamena (République du Tchad) en relation avec la présence de cyanophycées psammophiles–etude préliminaire, Revue D Elevage Et De Medecine Veterinaire Des Pays Tropicaux, 30, 181, 10.19182/remvt.8096

10.2307/3223709

10.1080/15324989309381351

10.1007/978-3-642-56475-8_23

10.1006/jare.1994.1025

10.1071/S96072

10.1080/15324989709381465

10.1007/978-1-4613-0207-0_6

10.1016/S0341-8162(00)00082-5

FaustWF.1970.The effect of algal‐mold crusts on the hydrologic processes of infiltration runoff and soil erosion under simulated conditions. Master of Science Department of Watershed Management University of Arizona Tucson AZ.

Faust WF, 1971, Hydrology and Water Resources in Arizona and the Southwest: Proceedings of the 1971 Meetings of the Arizona Section–American Water Resources Association and Hydrology Section, 99

10.2307/1930347

Galun M, 1982, Structural and metabolic diversity of two desert‐lichen populations, Journal of the Hattori Botanical Laboratory, 53, 321

10.1111/j.0022-3646.1996.00774.x

George DB, 2000, Microtopography of Microbiotic Crusts on the Colorado Plateau, and the Distribution of Component Organisms, Western North American Naturalist, 60, 343

10.1080/15324980301588

10.1111/j.1442-9993.1986.tb01405.x

10.1071/SR9920055

10.1071/SR9900755

10.1071/SR9890213

10.1007/978-1-4613-0207-0_4

10.1007/978-94-009-3085-8_7

HarperKT St. ClairLL.1985.Cryptogamic soil crusts on arid and semiarid rangelands in Utah: effects on seedling establishment and soil stability. BLM Contract No. BLM AA 851‐CTI‐48. Department of Botany and Range Science Brigham Young University Provo UT.

Howell W, 1998, Germination and Establishment of Bromus Tectorum L. in Relation to Cation Exchange Capacity, Seedbed, Litter, Soil Cover and Water

10.1002/(SICI)1096-9837(199712)22:12<1169::AID-ESP812>3.0.CO;2-C

10.1097/00010694-199901000-00004

10.1071/SR9900779

Ladyman JAR, 1993, Pattern and Relationships of Terrestrial Cryptogam Cover in Two Pinon‐Juniper Communities in New Mexico

LarsenKD.1995.Effects of microbiotic crusts on the germination and establishment of three range grasses. Master of Science Interdisciplinary Studies Plant Soil Ecology Boise State University Boise ID.

10.1007/s00442-004-1570-y

Loope WL, 1972, Influence of a soil microfloral crust on select properties of soils under pinyon‐juniper in southeastern Utah, Journal of Soil and Water Conservation, 27, 164

10.1890/03-0569

10.1111/j.1574-6941.1996.tb00339.x

10.2136/sssaj1947.036159950011000C0049x

10.1097/00010694-195805000-00005

10.1016/0016-7061(88)90003-1

Osborn B, 1952, Range soil conditions influence water intake, Journal of Soil and Water Conservation, 7, 128

10.1016/S0341-8162(97)00040-4

Poelt MJ, 1964, Über Rhizenenstränge bei placodialen Flechten, Österreichischen Botanischen Zeitschrift, 110, 194

Prasse R, 1999, Experimentelle Untersuchungen an Gefäßpflanzen‐populationen Auf Verschiedenen Geländeoberflächen in einem Sand‐ wüstengebiet (Experimental Studies with Populations of Vascular Plants on Different Soil Surfaces in a Sand Desert Area)

10.1073/pnas.121094298

10.1071/SR9720035

Rodin LE, 1967, Production and mineral cycling in terrestrial vegetation

10.1071/RJ9890067

10.1007/BF00647668

Romkens MJM, 1990, Process Studies in Hillslope Hydrology, 127

10.2307/4447572

Sanders WB, 1994, Role of rhizomorphs in thallus propagation and substrate colonization, Cryptogamic Botany, 4, 283

10.1002/j.1537-2197.1985.tb08433.x

10.1006/jare.1996.0195

TchoupopnouE.1989.Splash from microphytic soil crusts following simulated rain. Master of Science Range Science Utah State University Logan UT.

Thurow TL, 1991, Grazing Management An Ecological Perspective, 141

10.1016/S0140-1963(95)80015-8

10.1007/978-3-642-56475-8_26

10.1007/978-3-642-56475-8_24

10.1080/089030699263384

10.1002/esp.3290150703

10.1080/15324980490497483